一种基于FPGA的温度传感器动态测试方法技术

本发明专利技术涉及一种基于FPGA的温度传感器动态测试方法。本发明专利技术利用FPGA控制器同时采集不同的温度传感器信号，实现不同种类的温度传感器动态特性的同步测试。使用FPGA控制器根据模块的采集通道，可以一次采集多种不同类型的温度传感器，并且可以根据不同温度传感器的特性设置不同采样时间，实现多个不同类型传感器动态特性的同步测试。计算机通过接口与FPGA控制器进行通信，使用相应识别算法自动分析传感器的动态特性。由于本发明专利技术利用控制器的FPGA的编译方法，提高了数据的实时性和精确性（μs级），并且利用了FPGA的并行运行的优点，多路信号可以同步采集。与传统的传感器动态测试方法相比，其大大提高了工作效率，获取数据期间产生的误差也得到了极大的改善。

A dynamic test method for temperature sensor based on FPGA

The invention relates to a dynamic test method of temperature sensor based on FPGA. The invention uses the FPGA controller to collect different temperature sensor signals at the same time, and realizes the synchronous test of the dynamic characteristics of different kinds of temperature sensors. Using FPGA controller, according to the collection channel of the module, a variety of different types of temperature sensors can be collected at once, and different sampling time can be set according to the characteristics of different temperature sensors, so as to achieve synchronous testing of dynamic characteristics of different types of sensors. The computer communicates with the FPGA controller through the interface, and uses the corresponding recognition algorithm to automatically analyze the dynamic characteristics of the sensor. As the FPGA compilation method of the controller improves the real-time and accuracy of the data (mu s level), and utilizes the advantages of FPGA's parallel operation, the multi-channel signal can be collected synchronously. Compared with the traditional sensor dynamic testing method, it greatly improves the working efficiency and the error generated during the acquisition of data has also been greatly improved.

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的温度传感器动态测试方法
本专利技术涉及温度传感器的动态参数测试领域，具体涉及一种基于FPGA的温度传感器动态测试方法。
技术介绍
温度传感器在人类的工业生产和日常生活中，应用的越来越普遍，所扮演的角色也越来越不可或缺，比如工业炼钢炉中的温度的监控，这就需要使用温度传感器来检测了。如果不能准确地，迅速地检测钢炉的温度，可能会产生巨大的经济利益损失，严重地可能危及工人的生命。但是由于许多传感器由于其热容量与热阻的存在，当其所处的环境温度发生突变时，传感器的输出并不会产生阶跃性的变化，而是近似地发生指数式的变化，这就是温度传感器的动态特性。现在修正温度传感器的动态特性主要有如下这几种方法：神经网络修正法，模拟修正法，数字修正法。但是想要使用以上方法，则必须首先知道其传感器的时间常数。但是现在的测试温度传感器的动态特性的方法存在着实时性的不足，准确性差的缺点，而且每次检测的传感器只能是1件，或者多件同一类的传感器，这样效率就变得极低。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的不足之处，本专利技术提供一种基于FPGA的温度传感器动态测试方法。该专利技术在很大程度上改善了低效率和低实时性的问题，能同时检测多个不同种类的温度传感器的动态特性，按照写好的检测程序和软件提示操作，实现同时检测多路温度传感器，可以针对所连接的温度传感器的不同类型分别设置采样频率，对操作人员的技术能力要求低，且可以准确地记录各个传感器的温度数据，通过计算机软件集成的识别算法直接计算出相应传感器的动态参数，用于修正其动态误差。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于FPGA的温度传感器动态测试方法，该方法的系统主要包括FPGA采集控制模块、多路采样信号模块、计算机、恒温油槽（箱）、油槽（箱）控制器。首先油槽（箱）控制器与计算机通过RS232相连，计算机通过发送命令给油槽（箱）控制器来控制油槽（箱）的温度，用以创造测试温度传感器动态特性的环境。进一步地，所述所用的采集控制模块使用labview的FPGA编译模式，使其具有高可靠性与高实时性，减小因采集信号的不确定性而产生的误差。且在FPGA程序中使用“流水线”法处理数据，这样就将模块下溢的风险减小到最小。进一步地，所述计算机与控制器通过以太网相连接，使用网络流的方式进行发送命令与数据，计算机通过网络流发送端发送命令，控制器接收命令以后，自动进行相应的操作，然后通过网络流发送端把采集到的温度数据发送给计算机，计算机通过网络流接收端接收。进一步地，使用在计算机上集成的识别算法根据从采集控制器上接收到的多路温度数据，直接计算出相应的温度传感器的动态参数。本专利技术的有益效果在于：多路不同种类的温度传感器的动态参数可以同时测试，大大提高了工作效率；基于网络流的方法把多路温度数据传输到电脑上，对操作人员的技术能力要求低；使用计算机上已经编写的labview程序来控制所有的步骤，降低了人为误差的引入。附图说明图1为本专利技术的全局整体系统架构图。图2为本专利技术的各模块连接图。图3为本专利技术的运行流程图。图4为本专利技术的温度采集模块与油槽（箱）的连接图。图5为本专利技术在一次阶跃响应的实验中采集3路温度数据。1为热电偶的阶跃响应，2为热敏电阻，3为铂电阻。图中，采集控制模块1、多路采集信号模块2、计算机3、恒温油槽（箱）4、油槽（箱）控制模块5。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行更加详细的说明。图1说明本专利技术整体系统架构，一种基于FPGA的温度传感器动态测试方法，包括:FPGA采集控制模块1、多路数据采集模块2、计算机3、恒温油槽（箱）4、油槽（箱）控制模块5；恒温油槽（箱）可以根据用户现有的情况使用，比如使用CJTH-300A，创造相对精准的可变温度的环境，用于测试温度传感器的动态特性；所述的多路温度传感器可以根据用户测试的需要自行决定，连接方式为，一端连接到多路数据采集模块2上，探头的敏感部分则直接浸入到油槽（箱）中；所述的计算机可以是一台安装了labview的个人电脑，使用自行编写的labview程序即可控制采集控制模块1和油槽（箱）控制器5；图2说明本专利技术的各模块连接情况。计算机3通过以太网与采集模块控制器1相连，计算机3向采集控制器1发送“采集信号”等命令，采集模块2则执行相应的动作，并且向计算机3发送实时温度数据。计算机3也通过RS232与油槽控制器5相连，向其发送所要控制的油槽（箱）温度。采集模块控制器1与采集模块2相连，进行数据交换。油槽（箱）控制器5与恒温油槽（箱）4相连，进行控温；图3为本专利技术的流程图。具体为2条并行运行的结构。2条线的上位机都是计算机，其他的都互不影响，即油槽（箱）控制不影响采集控制；图4为本专利技术的温度采集模块与油槽（箱）的连接图。图中的4路温度传感器为范例，用户可以随意地选择传感器的类型和个数，如二线制热电阻，四线制热电阻等，在油槽（箱）内，多路温度传感器应尽量地布置在一起，以便减小油槽（箱）内温度波动对测试结果带来的不利影响；图5为使用阶跃响应法的例子，一次测试多个温度传感器的动态特性，显示采集到的相应的温度信号。上述系统中各模块的测试过程主要包括以下步骤：①测试人员根据所需测试动态参数的传感器，按照软件编译好的顺序，连接到采集模块2的相应端口。并将传感器放入油槽（箱）4内；②开启测试系统，在电脑上连接相应的控制器，查看是否成功连接，能否成功地操作控制器；③开启恒温油槽（箱），进行预热，以便之后创造稳定可靠的温度环境；④启动采集模块控制器，点击“开始采集”即开始采集油槽（箱）内的温度数据，但是不保存，等其油槽（箱）内的温度稳定；⑤当采集到计算机的温度数据显示温度时，启动计算机上的油槽（箱）控制程序，以控制油槽（箱）温度达到测试传感器动态参数所要求的变化，同时点击“保存温度数据”，则采集模块采集的数据被实时地保存在计算机指定的文件内，以便进行动态特性分析；⑥当油槽（箱）内的温度控制完成后，其自动稳定在最终温度上，而采集模块的数据仍旧继续采集，等到被测温度传感器稳定一段时间，可以点击程序上的“停止采集”即可停止程序；⑦最后点击程序上的“计算动态参数”，即可调用计算机软件集成的相应的温度传感器识别算法，实现不同类型温度传感器动态特性的自动识别。动态参数算法可以使用阶跃法或者梯度法。使用案例：在图5中，使用阶跃法测试温度传感器的动态特性，我们用FPGA采集了3路不通温度传感器的温度信号，根据表述，1为热电偶的阶跃响应，2为热敏电阻，3为铂电阻，明显的看出这3个温度传感器的响应时间有差异，我们可以用已经编译好的集成软件分析它们的动态响应阶数，直接计算出它们的时间常数，并且在界面上表示出来。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于FPGA的温度传感器动态测试方法，其特征在于：系统主要包括FPGA采集控制模块（1）、多路信号采集模块（2）、计算机（3）、恒温槽（箱）（4）、恒温槽（箱）控制模块（5）；采集模块（2）与采集控制模块（1）相连，来实现采样频率的控制，控制模块（1）通过以太网与计算机（3）相连，实现数据的传输；将采集模块（2）上的温度传感器浸入到恒温油槽（箱）中（4），实现温度的采集，同时使用将恒温槽（箱）控制器（5）与计算机（3）通过RS232相连，来实现油槽（箱）温度的控制；通过对计算机（3）接收数据的计算，利用软件识别算法一次可以得到多个不同类型的温度传感器的动态特性。

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的温度传感器动态测试方法，其特征在于：系统主要包括FPGA采集控制模块（1）、多路信号采集模块（2）、计算机（3）、恒温槽（箱）（4）、恒温槽（箱）控制模块（5）；采集模块（2）与采集控制模块（1）相连，来实现采样频率的控制，控制模块（1）通过以太网与计算机（3）相连，实现数据的传输；将采集模块（2）上的温度传感器浸入到恒温油槽（箱）中（4），实现温度的采集，同时使用将恒温槽（箱）控制器（5）与计算机（3）通过RS232相连，来实现油槽（箱）温度的控制；通过对计算机（3）接收数据的计算，利用软件识别算法一次可以得到多个不同类型的温度传感器的动态特性。2.根据权利1所述的一种温...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁润滢，孙斌，赵玉晓，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33